CN210378963U - X射线管用旋转阳极靶和旋转阳极靶组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种X射线管用旋转阳极靶和旋转阳极靶组件，阳极靶包括靶盘和环形罩，其中，所述靶盘包括基体和覆盖在所述基体上面的靶面层，所述基体的中心部设置有第一中心孔，所述靶面层的中心部设置有第二中心孔，所述环形罩覆盖所述第一中心孔的内周侧壁并与基体连接，所述环形罩用于减少或阻挡所述基体散发的热量向周围扩散。该旋转阳极靶能够有效降低通过热辐射形式传递给转轴或轴承的热量，明显降低了金属滚珠的温度，提升轴承以及X射线管的寿命，并且使X射线管可连续加载的功率更高，进而在单位时间内可以扫描更多病人。

Description

X射线管用旋转阳极靶和旋转阳极靶组件

技术领域

本实用新型涉及高性能医疗器械用零部件制备技术领域，特别涉及一种 X射线管用旋转阳极靶和旋转阳极靶组件。

背景技术

X射线管用以产生X射线，在医学诊断、安全检查和无损探伤等各个领域发挥着重要的作用。X射线管的基本原理是，其阴极灯丝加热激发出来的热电子，在阴阳极加速电场作用下撞击到靶盘，其中1％的能量转化为X射线，而剩余约99％的能量转化为热能，从而导致受撞击部位温度升高很快。在固定阳极X射线管中，电子持续撞击在同一位置，使固定阳极X射线管局部温度升高很快，虽然可连续加载但功率很低。旋转阳极X射线管采取阳极轴承带动阳极靶盘在真空管壳内高速旋转的方法，进而将热量分散到整个靶盘，相对固定阳极X射线管，旋转阳极X射线管显著提高了可连续加载功率。在高真空条件下，旋转阳极X射线管靶盘上的热量主要是通过热辐射传递给真空管壳，再由流经管壳的冷却液将热量带走。同时还有一部分热量通过热传导和热辐射不可避免地传导到阳极轴承上，使得金属滚珠温度上升。如果热传导或热辐射传递过来的热量过多，会导致金属滚珠超出极限工作温度，进而导致轴承卡死，造成整个X射线管失效的后果。

传统旋转阳极X射线管通过减少连接靶盘和轴承的转轴壁厚来减少热传导，然而忽视了靶盘石墨对转轴或者轴承的热辐射。靶盘石墨的热辐射系数为0.7～0.9，而工作状态下石墨的温度约为1200℃，因此有大量的热量通过热辐射的形式传递给转轴以及轴承，最终导致金属滚珠的温度升高，影响轴承的寿命，进而影响整个X射线管的寿命，同时也限制了整个X射线管可连续加载功率。

鉴于传统旋转阳极X射线管存在上述缺点，急需一种能够有效提升轴承和X射线管使用寿命的X射线管用旋转阳极靶。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种X射线管用旋转阳极靶和旋转阳极靶组件。该旋转阳极靶能够有效降低通过热辐射形式传递给转轴或轴承的热量，明显降低了金属滚珠的温度，提升轴承以及X射线管的寿命，并且使X射线管可连续加载的功率更高，进而在单位时间内可以扫描更多病人。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种X射线管用旋转阳极靶，包括靶盘和环形罩，其中，所述靶盘包括基体和覆盖在所述基体上面的靶面层，所述基体的中心部设置有第一中心孔，所述靶面层的中心部设置有第二中心孔，所述环形罩覆盖所述第一中心孔的内周侧壁并与基体连接，所述环形罩用于减少或阻挡所述基体散发的热量向周围扩散。

进一步地，在上述的旋转阳极靶中，所述环形罩包括上段和由上段延伸出的下段，所述上段覆盖于所述第一中心孔的至少部分内周侧壁上，所述下段用于减少或阻挡所述基体的靠近所述第一中心孔的下表面层散发的热量向周围扩散。

进一步地，在上述的旋转阳极靶中，所述环形罩的材质为钼或者钼合金，所述环形罩的壁厚为0.5～1.0mm。

进一步地，在上述的旋转阳极靶中，在所述靶面层的上表面的外周部由外边缘向中心方向延伸有环形的斜面，所述斜面的内圆环的高度高于所述斜面的外圆环的高度，所述斜面为WRe轨道层。

进一步地，在上述的旋转阳极靶中，所述环形罩的下段沿所述上段的底端水平向外周延伸并覆盖在所述基体的靠近所述第一中心孔的下表面上；所述环形罩下段的长度为5～20mm；

或，

所述环形罩的下段沿所述上段的底端竖直向下延伸，所述环形罩的上段的底端与所述第一中心孔的底端齐平，所述环形罩的下段的底端与所述第一中心孔的底端的距离为5～20mm；

或，

所述环形罩的下段为圆弧面，圆弧面由所述上段的底端向外周延伸，所述环形罩的上段的底端与所述第一中心孔的底端齐平，所述圆弧面在竖向截面的形状为二段圆弧；每段所述圆弧的弧长均为5～20mm，所述圆弧的半径为5～15mm；

进一步地，在上述的旋转阳极靶中，所述环形罩的上段覆盖所述第一中心孔的全部内周侧壁。

进一步地，在上述的旋转阳极靶中，所述基体和所述靶面层之间通过钎焊连接，所述基体和所述环形罩间通过钎焊连接。

进一步地，在上述的旋转阳极靶中，所述第一中心孔和所述第二中心孔共轴，所述第一中心孔的半径大于所述第二中心孔的半径；所述靶面层的下表面中心部设置有向下延伸的凸起，所述凸起的横截面为圆环，所述圆环的内圆为所述第二中心孔的侧壁，所述圆环的外圆周壁与所述环形罩连接；所述靶面层的下表面的外周设置有向下延伸的凸沿，所述凸沿包裹所述基体上端的外边缘，更优选地，所述凸沿的高度为1.5～3mm。

进一步地，在上述的旋转阳极靶中，所述基体的材质为石墨

，所述基体的厚度为20-50mm。

另一方面，还公开了一种X射线管用旋转阳极靶组件，所述旋转阳极靶组件包括：上述任一项所述的旋转阳极靶、转轴和轴承组件，其中，所述转轴的一端穿过所述基体的所述第一中心孔后进入所述靶面层的所述第二中心孔并与所述靶盘连接，所述转轴的另一端与所述轴承组件连接；所述第一中心孔的侧壁与所述转轴之间的距离≥5mm。

分析可知，本实用新型公开一种X射线管用旋转阳极靶和旋转阳极靶组件，在基体靠近转轴或轴承侧设置半包围靶盘结构的具备较低热辐射系数材料的环形罩，避免了靶盘对转轴或轴承组件的直接热辐射，有效降低了通过热辐射形式传递给转轴或轴承组件的热量。本申请公开的旋转阳极靶可以有效降低热辐射对轴承金属滚珠的影响，有效提高X射线管的使用寿命。

与现有技术相比，在同等加载功率情况下，本实用新型明显降低了金属滚珠的温度，从而有效提升轴承组件以及X射线管的寿命，在相同金属滚珠限定温度的情况下，可连续加载功率更高，从而单位时间内可以扫描更多病人。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：

图1为本实用新型的实施例1的竖向截面结构示意图。

图2为本实用新型的实施例2的竖向截面结构示意图。

图3为本实用新型的实施例3的竖向截面结构示意图。

图4为本实用新型一实施例的靶面层的竖向截面结构示意图。

图5为本实用新型一实施例的基体的俯视示意图。

附图标记说明：1靶盘；2基体；3靶面层；4环形罩；5转轴；6轴承组件；7第一中心孔；8第二中心孔；9金属滚珠；10管壳；11圆弧面；12凸起；13凸沿；14斜面。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。各个示例通过本实用新型的解释的方式提供而非限制本实用新型。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可在本实用新型中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本实用新型包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1至图5所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种X射线管用旋转阳极靶，包括靶盘1和环形罩4，其中，

靶盘1包括基体2和覆盖在基体2上面的靶面层3，如图5所示，基体2 的中心部设置有第一中心孔7，如图4所示，靶面层3的中心部设置有第二中心孔8，第一中心孔7和第二中心孔8共轴，转轴5的一端(上端)穿过第一中心孔7后进入第二中心孔8并与靶盘1连接，转轴5的另一端(下端) 与轴承组件6连接；环形罩4覆盖第一中心孔7的内周侧壁并与基体2连接，环形罩4的顶端与靶面层3连接。进一步地，为了遮挡基体2(石墨)底面靠近转子(转轴5和轴承组件6)的热量，环形罩4包括上段和由上段延伸出的下段，上段覆盖第一中心孔7的至少部分内周侧壁并与基体2连接，环形罩4的顶端(即上段的顶端)与靶面层3连接。下段用于减少或阻挡基体 2的靠近第一中心孔7的下表面层散发的热量向周围扩散。因此，下段可以盖设于基体2的靠近第一中心孔7的下表面层上，也可以设置于基体2靠近第一中心孔7的下表面层的下方。

进一步地，第一中心孔7的半径大于第二中心孔8的半径，使得第一中心孔7的侧壁与转轴5之间存在空隙，第一中心孔7的侧壁与转轴5之间的距离为≥5mm，如此设置能够最大限度的防止基体2以热传导的形式直接将热量传递给转轴5。

靶面层3的下表面中心部设置有向下延伸的凸起12，凸起12的横截面为圆环，圆环的内圆为第二中心孔8的侧壁，圆环的外圆与环形罩4连接，凸起12的高度为1～3mm。靶面层3的下表面的外周设置有向下延伸的凸沿 13，凸沿13包裹基体2上端的外边缘，凸沿13的高度为1.5～3mm。上述设置均是为了将靶面层3、基体2以及转轴5相互之间连接的更牢固。

靶面层3的材质可以是本领域常用材质，在本发明中靶面层优选包含 WRe轨道层和TZM层。在靶面层3的上表面由外端向中心方向延伸有环形的斜面14，斜面14即WRe轨道层，斜面14的内圆环的高度高于斜面14的外圆环的高度。斜面的角度一般7～13°，即斜面与水平面之间的角度为7～13°，实际应用中CT靶盘一般选用7°。WRe(钨铼合金)轨道层的厚度为0.9± 0.2mm，WRe轨道层的厚度如果小于0.7mm，使用寿命短；WRe轨道层的厚度如果大于1.1mm，增加重量和成本。

在靶面层上除斜面14之外的部分均为TZM层，TZM层(斜面14的内圆环之间的)上表面是平面，转子和靶盘需要靠螺母固定，平面方便进行固定。TZM层的上表面至下表面之间的厚度为10-15mm。

斜面14是产生X射线的面，靶面层除斜面外的材质可以全部是钼合金，只要保证斜面(轨道层)是WRe合金即可，既可以减重，又可以节约成本。

进一步地，基体2的材质可以为本领域常规材质，比如碳基材料：C-C、 CFC、SiC、Si3N4、SiC-C等，基体材料的使用优选满足重要轻、与靶面层容易粘合在一起以及热容量高、导热系数高的材料，优选石墨，进一步优选地，石墨为三高石墨，三高石墨层的厚度根据整个X射线管产生的热量而设计，选用20-50mm，太薄起不到散热效果，太厚增加重量同时浪费材料。三高石墨(即特种石墨)是指高强度、高密度、高纯度的石墨制品，三高石墨的导热性能优越且导热均匀，散热效果好。

进一步地，基体2和环形罩4间通过钎焊连接，基体2和靶面层3的焊接界面具有直纹或者网纹滚花，直纹或者网纹滚花的深度为0.1～0.2mm，如此设置能够使其焊接界面糙化，增加了焊接接触面积，提高了界面结合强度。

进一步地，环形罩4为具备较低热辐射系数、耐高温密度低的材料，环形罩4的材质优选为钼或者钼合金，环形罩4采用旋压或者冲压工艺制备。钼或者钼合金具备较低热辐射系数，能够屏蔽热辐射，进而降低以热辐射形式传递给转轴5或轴承组件6的热量。环形罩4的壁厚选用为0.5～1.0mm(比如0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm)，环形罩4的壁厚如果太薄强度不够、太厚不好加工，0.5～1.0mm既能满足强度要求又方便加工。

进一步地，如图1所示，环形罩4下段包围基体2底部的形状为贴合型，环形罩4的上段覆盖第一中心孔7的侧壁，环形罩4的下段覆盖在基体2下表面上，优选盖设于基体2下表面靠近第一中心孔7的位置环形罩4下段的长度为5～20mm(比如6mm、7mm、9mm、11mm、13mm、15mm、17mm、 19mm)；此种环形罩4可以称之为礼帽型，其具有筒形的上段和由该上段下端向两侧水平延伸的下段(或称为水平沿)，该筒形上段的外径正好等于第一中心孔7的直径，该筒形上段的高度不高于第一中心孔7的高度，为了增加环形罩4与基体2结合的牢固程度，优选该筒形上段的高度等于第一中心孔 7的高度，这样筒形上段可以完整的覆盖第一中心孔的内周侧壁，该水平沿的宽度为5～20mm，水平沿可以盖设于基体2下表面靠近第一中心孔的位置。

或，

如图2所示，环形罩4下段的形状为直筒型，环形罩4的上段覆盖第一中心孔7的侧壁，环形罩4的下段沿第一中心孔7的侧壁向下延伸，环形罩 4的下端与第一中心孔7侧壁下端的距离为5～20mm(比如6mm、7mm、9 mm、11mm、13mm、15mm、17mm、19mm)；该种结构的环形罩4整体结构为直筒型。

或，

如图3所示，环形罩4下段的形状为圆弧型，环形罩4的上段覆盖第一中心孔7的侧壁，环形罩4的下段为圆弧面11，圆弧面11由第一中心孔7 侧壁的底端向基体2的外周延伸，圆弧面11在竖向截面的形状为二段圆弧，每段圆弧的弧长均为5～20mm(比如6mm、7mm、9mm、11mm、13mm、15mm、17mm、19mm)，圆弧的半径为5-15mm，半径太小不好成形，太大没有必要，圆弧的半径设计以遮挡尽可能多的石墨面积为好，限于整个X 射线管的内部空间，也不能太大。该种结构的环形罩4类似喇叭形，即在直筒型上段的下端向下延伸出八字形结构，八字形结构的下段可以阻挡基体下表面靠近第一中心孔7的位置散发的热量向转轴和轴承组件传递热量。

另一方面，还公开一种旋转阳极靶组件，包括：上述的旋转阳极靶、转轴和轴承组件，其中，转轴5的一端(上端)穿过第一中心孔7后进入第二中心孔8并与靶盘1连接，转轴5的另一端(下端)与轴承组件6连接。第一中心孔7的半径大于第二中心孔8的半径，使得第一中心孔7的侧壁与转轴5之间存在空隙，第一中心孔7的侧壁与转轴5之间的距离为≥5mm，如此设置能够最大限度的防止基体2以热传导的形式直接将热量传递给转轴5。

上述环形罩4的三种形状均为半包围靶盘1结构，当X射线管工作时，阴极灯丝加热激发出来的热电子撞击靶面层3，使高速旋转的靶面层3升温，基体2用于将靶面层3的升温而产生的热量辐射传递管壳10，进而实现散热。半包围靶盘1结构且具备较低热辐射系数材料的环形罩4能够避免基体2对转轴5或轴承组件6的直接热辐射，进而降低以热辐射形式传递给转轴5或轴承组件6的热量，降低轴承组件6内金属滚珠9的温度，从而有效提升轴承组件6以及X射线管的寿命。下段为圆弧形的环形罩的4遮挡面积最大，遮挡热辐射的效果最好，但相对的加工难度较高。

进一步地，转轴5在高度上由上至下由三段组成，分别为转轴上段、转轴中段和转轴下段，转轴上段的横截面直径＜转轴中段的横截面直径＜转轴下段的横截面直径，转轴上段通过第二中心孔8与靶面层3连接，由于转轴中段的横截面直径相比转轴上段更大，可使转轴中段的上端接触靶面层3的下表面，增加转轴5与靶面层3之间的连接强度；转轴下段与轴承组件6连接；转轴中段和转轴下段的内部中空，中空结构转轴的壁厚为1-2mm，太薄强度不足，太厚散热效果不佳，如此设置能够减小由靶面层3向轴承组件6 通过热传导的方式传递热量，更有利于散热。

优选地，轴承组件6中的金属滚珠9使用银或者铅进行干润滑。当热传导或热辐射传递过来的热量过多，会导致金属滚珠9超出极限工作温度，进而导致轴承组件6的轴承卡死，整个X射线管失效的后果。使用银或者铅进行干润滑提高了金属滚珠9的极限工作温度，使用银进行干润滑所对应的极限工作温度为450℃，使用铅进行干润滑所对应的极限工作温度为350℃。

基体2、靶面层1、环形罩4、转轴5和轴承组件6均设置在管壳10内，管壳10外部设置有循环的冷却油。在X射线管工作时，大量电子轰击到钨铼 -钼合金靶面层3上，产生X射线的同时也产生大量热量。这些热量进一步辐射到基体2(石墨)上，使得其温度上升到约1200℃。在高真空条件下，基体2(石墨)通过热辐射将热量辐射到管壳10上，管壳10外的冷却油循环将热量带走。

X射线管用旋转阳极靶的制备方法，包括如下步骤：

A、待焊件表面糙化处理：

对靶面层3和基体2的待焊表面进行直纹或者网纹滚花处理。

B、高温真空除气处理：

将经过步骤A处理后靶面层3、基体2以及环形罩4进行清洗，将清洗干净后的靶盘1、基体2和环形罩4置于真空炉中进行高温真空除气处理。

C、真空钎焊：

将经过步骤B处理后的基体2、环形罩4和靶面层3依次叠放，在每两种材料焊接接触部位置入清洗干净的钎焊料，形成待焊工件，将待焊工件放入真空钎焊炉中进行真空钎焊，真空钎焊完成后得到旋转阳极靶的毛坯复合件。

D、机械加工：

对步骤C中得到的毛坯复合件按照图纸进行机械加工，然后对毛坯复合件进行动平衡处理，最后得到符合要求的X射线管用旋转阳极靶。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

一种X射线管用旋转阳极靶和旋转阳极靶组件，在基体2靠近转轴5或轴承侧设置半包围靶盘1结构的具备较低热辐射系数材料的环形罩4，避免了靶盘1对转轴5或轴承组件6的直接热辐射，有效降低了通过热辐射形式传递给转轴5或轴承组件6的热量。旋转阳极靶可以有效降低热辐射对轴承金属滚珠9的影响，有效提高X射线管的使用寿命。

与现有技术相比，在同等加载功率情况下，本实用新型明显降低了金属滚珠9的温度，从而有效提升轴承组件6以及X射线管的寿命，在相同金属滚珠9限定温度的情况下，可连续加载功率更高，从而单位时间内可以扫描更多病人。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种X射线管用旋转阳极靶，其特征在于，包括靶盘和环形罩，其中，

所述靶盘包括基体和覆盖在所述基体上面的靶面层，所述基体的中心部设置有第一中心孔，所述靶面层的中心部设置有第二中心孔，

所述环形罩覆盖所述第一中心孔的内周侧壁并与基体连接，所述环形罩用于减少或阻挡所述基体散发的热量向周围扩散。

2.根据权利要求1所述的旋转阳极靶，其特征在于，

所述环形罩包括上段和由上段延伸出的下段，所述上段覆盖于所述第一中心孔的至少部分内周侧壁上，所述下段用于减少或阻挡所述基体的靠近所述第一中心孔的下表面层散发的热量向周围扩散。

3.根据权利要求1所述的旋转阳极靶，其特征在于，所述环形罩的材质为钼或者钼合金，所述环形罩的壁厚为0.5～1.0mm。

4.根据权利要求1所述的旋转阳极靶，其特征在于，

在所述靶面层的上表面的外周部由外边缘向中心方向延伸有环形的斜面，所述斜面的内圆环的高度高于所述斜面的外圆环的高度，所述斜面为WRe轨道层。

5.根据权利要求2所述的旋转阳极靶，其特征在于，

所述环形罩的下段沿所述上段的底端水平向外周延伸并覆盖在所述基体的靠近所述第一中心孔的下表面上；所述环形罩下段的长度为5～20mm；

或，

所述环形罩的下段沿所述上段的底端竖直向下延伸，所述环形罩的上段的底端与所述第一中心孔的底端齐平，所述环形罩的下段的底端与所述第一中心孔的底端的距离为5～20mm；

或，

所述环形罩的下段为圆弧面，圆弧面由所述上段的底端向外周延伸，所述环形罩的上段的底端与所述第一中心孔的底端齐平，所述圆弧面在竖向截面的形状为二段圆弧；每段所述圆弧的弧长均为5～20mm，所述圆弧的半径为5～15mm。

6.根据权利要求5所述的旋转阳极靶，其特征在于，所述环形罩的上段覆盖所述第一中心孔的全部内周侧壁。

7.根据权利要求1所述的旋转阳极靶，其特征在于，所述基体和所述靶面层之间通过钎焊连接，所述基体和所述环形罩间通过钎焊连接。

8.根据权利要求1所述的旋转阳极靶，其特征在于，

所述第一中心孔和所述第二中心孔共轴，所述第一中心孔的半径大于所述第二中心孔的半径；

所述靶面层的下表面中心部设置有向下延伸的凸起，所述凸起的横截面为圆环，所述圆环的内圆为所述第二中心孔的侧壁，所述圆环的外圆周壁与所述环形罩连接；

所述靶面层的下表面的外周设置有向下延伸的凸沿，所述凸沿包裹所述基体上端的外边缘。

9.根据权利要求1所述的旋转阳极靶，其特征在于，

所述基体的材质为石墨，所述基体的厚度为20-50mm。

10.一种X射线管用旋转阳极靶组件，其特征在于，所述旋转阳极靶组件包括：权利要求1-9任一项所述的旋转阳极靶、转轴和轴承组件，其中，

所述转轴的一端穿过所述基体的所述第一中心孔后进入所述靶面层的所述第二中心孔并与所述靶盘连接，所述转轴的另一端与所述轴承组件连接；

所述第一中心孔的侧壁与所述转轴之间的距离≥5mm。

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